神东矿区绿色开采技术

神东矿区自然条件恶劣、生态环境脆弱,采用传统开采方式对生态环境造成不可修复性的影响,为解决这一尖锐矛盾,通过生产实践与技术创新,提出了主动型生态环境综合防治技术体系,即采前生态防护功能圈构建技术、采中矿井清洁开采技术、采后生态系统修复与功能优化技术体系,在矿区生产规模超过2亿t的同时,使矿区生态环境也得到了有效保护和改善,该技术体系是生态脆弱区煤炭资源高强度开发与生态环境保护协调发展的途径,实现了矿区绿色开采。

神东矿区房采采空区安全隐患评估与治理技术

基于调查与踏勘、综合分析、危险性分级与评估、现场监测与试验等方法,分析了神东矿区房采采空区的隐患类型,提出了神东矿区房采采空区危险性分级方法,开发了神东矿区房采采空区安全评估专家系统并进行了隐患评估,通过爆破试验对房采采空区进行注浆治理试验。结果表明,神东矿区已有房采采空区面积约29.05 km2,包含房采空区对应地表存在重要建筑物、通信塔或高压线塔、公路、井下采掘安全等4种隐患类型,并将神东房采采空区危险等级划分为5级;开发出神东矿区房采采空区安全专家评估系统,评估结果符合现场实际。经采取地面注浆治理试验和爆破治理试验,为房采采空区隐患评估、隐患治理及建筑物保护利用提供了可靠安全保证。

神东矿区快速掘进关键技术研究与应用

随着神东矿区煤炭开采不断向深部开拓延伸,地质条件、开采环境变得越来越复杂,生产接续紧张日渐成为制约矿井稳产高产的突出问题。与此同时,掘进队伍和人员的不断增多,给煤矿安全生产造成了巨大压力。以2019年为例,神东煤炭集团掘进队伍41支,年进尺完成33.6万m。掘进工艺主要以连续采煤机、掘锚机、综掘机工艺为主。

基于遥感生态指数的神东矿区1995-2020年生态环境质量的时空变化特征分析

[目的]分析神东矿区1995—2020年生态环境质量时变化特征,为改善该区域生态环境提供科学依据。[方法]基于1995—2020年6期Landsat 5 TM及Landsat 8 OLI数据,利用主成分分析法,选用干度指标(NDSI)、绿度指标(NDVI)、热度指标(LST)、湿度指标(WET)构建遥感生态指数(RSEI)。运用重分类将RSEI分为5级,按照重心迁移方法分析RSEIⅠ—Ⅴ等级的重心迁移情况,并分析RSEI的空间变化规律,实现利用RSEI对神东矿区的生态环境质量的动态监测和评价。[结果]①神东矿区在1995—2020年生态环境状况明显提升,其中呈上升趋势的面积占矿区总面积的42.22%,绿度、干度指标对矿区生态环境质量影响较大。②矿区生态环境质量各级土地利用类型以草地、耕地为主,且生态环境质量变化受耕地、草地面积变化影响较大。③矿区生态环境质量主要以Ⅱ,Ⅲ级为主,Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅴ级迁移幅度较大且重心整体向矿区西南、西北方向迁移。[结论]1995—2020年神东矿区生态环境质量呈现总体上升态势,受植被生长情况和人类活动因素影响较大。

神东矿区2005—2018年水土流失动态变化研究

基于多源遥感影像,采用资料收集、遥感监测、模型计算等方法,定量推算了神东矿区2005、2010、2015、2018年土壤侵蚀模数,并对不同侵蚀强度土地面积进行了对比分析,结果表明:2005—2018年神东矿区土壤侵蚀模数由3322.53 t/(km^2·a)降低至852.17 t/(km^2·a),水土流失面积减少了355.75 km^2,相当于矿区面积1/3还多,其中中度侵蚀面积减少最多,减少了346.89 km^2。整体来看,矿区土壤侵蚀模数降低,水土流失面积明显减少,土壤侵蚀由高强度向低强度转移,生态环境显著改善。

沙棘林密度和丛枝菌根真菌接种对林下植物和土壤性状的影响

【目的】在我国干旱半干旱地区采煤沉陷区的生态修复区,分析不同沙棘种植密度和接种丛枝菌根真菌(AMF)及其交互作用对林下植物和土壤性状的影响,探究最佳人工生态修复方式。【方法】本研究以陕西省神木市大柳塔镇微生物复垦区种植的不同密度沙棘林(L:835 tree·hm^(-2);M:1111 tree·hm^(-2);H:1667 tree·hm^(-2))为研究对象,布设接菌区和对照区处理,以无人工干预的自然恢复区为完全对照,总样地大小为8400 m^(2)。人工林于2012年4月种植,2012年7月以穴施的方式在接菌区接种AMF。2020年10月,对人工林和林下植物进行调查,并采集表层土壤(0~20 cm)测定土壤性状,每个处理设置3个重复。选取林下植物指标、土壤指标进行主成分分析,筛选出特征值大于1的5个主成分,通过因子载荷矩阵确定权重,计算各处理综合得分。【结果】1)增大种植密度和接种AMF显著提高了沙棘林盖度和现有密度。2)增大种植密度显著提高了林下植物的Pielou均匀度指数,降低了Simpson优势度指数,接种AMF显著提高了林下植物的Pielou均匀度指数,降低了Simpson优势度指数;种植密度显著影响林下植物群落组成、生物量和盖度,中等种植密度下林下植物生物量最大。接种AMF显著影响林下植被群落组成并提高了生物量。3)种植密度和接种AMF显著影响AMF生物量、土壤性状,在中等种植密度下AMF的生物量、微生物生物量、土壤理化性质处于较高水平。4)人工林种植密度和接种AMF对林下植被群落和土壤的理化性质具有显著的交互作用。相较于对照区,在接菌区人工林种植密度对林下植被与土壤性状的影响较小。5)综合得分结果表明,中等种植密度且接种AMF的处理得分最高,自然恢复区的综合得分最低,所以,中等密度且接种AMF的处理对植物和土壤的修复效果最佳。【结论】中等种植密度的沙棘人工林生态修复效果最佳,接种AMF促进了土壤养分的活化,为沙棘人工林提供了更多的生态位,打破了种植密度过高对林下植被生长和正向演替的限制。

浅埋房式采空区集中煤柱下综采动载控制研究

石圪台煤矿31201综采工作面过上方房式采空区集中煤柱后,上煤层顶板运动造成下煤层综采面大量支架压死。通过建立过煤柱阶段覆岩结构模型,推导出工作面在出煤柱时的结构必然失稳是动载力源,辅以数值模拟揭示了动载矿压大于支架工作阻力的压架机理,由此提出预先爆破煤柱、释放岩层能量的治理方案。同步进行地面钻孔位移监测、从地面和井下钻孔布置传感器进行微震监测,掌握矿压显现特征,预警了动压危险。地表钻孔窥视说明了过煤柱动载显然要大于进入煤柱期间的动载,多点位移观测和微震观测说明预警爆破措施可有效防治动载矿压。

锦界煤矿水文地质特征与矿井充水危险性预测

矿井充水危险性预测是矿井水害防治的重要工作。通过锦界煤矿矿井水文地质特征的研究,总结了煤矿地下含(隔)水层的发育特征及其与煤层的4种空间组合关系。分析得出矿井的主要充水水源为直罗组风化基岩裂隙含水层,充水通道为煤层采后所产生的导水裂隙带,计算并实际验证了导水裂隙带发育高度。依据采动条件下隔水层隔水性的判据,预测圈定了3-1煤层采后地表松散沙层与风化基岩含水层遭受破坏有可能发生充水的危险地段及充水危险性。

可控冲击波增透保德煤矿8~#煤层的先导性试验

介绍了可控冲击波技术在保德煤矿的煤层增透先导性试验。试验设计了1个试验孔,2个近区观测孔和2个远区观测孔,对作业有效增透区域进行分析。试验结果表明:试验孔近区1号和2号观测孔瓦斯抽采量显著增加且呈明显的递增趋势,远区3号和4号观测孔瓦斯抽采量虽显著增加但递增不明显;揭示可控冲击波作业后裂隙场在近区发育丰富,远区相对较少的增透特点;初步确定冲击波致裂增透煤层的有效半径大于15m。通过数据对比分析证明冲击波增透煤层存在最佳作用次数。

多煤层重复采动导水裂隙带高度观测技术研究

为准确观测多煤层重复采动导水裂隙带发育高度,分析了现有的两带高度观测常用方法,由此提出了多煤层重复采动条件下导水裂隙带高度的观测方法,并将其应用于布尔台煤矿22105工作面及42106工作面导水裂隙带高度的观测,得出多煤层重复采动条件下42106工作面导水裂隙带高度为158. 52m,裂采比为24. 02。而由经验公式计算得出,多煤层重复采动条件下42106工作面导水裂隙带高度为131. 44m,裂采比为19. 92,这与实际观测结果基本吻合,验证了实测结果的准确性。

单巷长距离快速掘进通风系统风筒吊挂技术

神华煤炭集团大柳塔煤矿单巷长距离快速掘进系统因通风系统不合理造成工作面除尘效果不佳,掘进机司机工位处粉尘浓度超标。针对这一问题,提出一种基于风筒吊挂动态延伸技术的解决方案。根据恒力液压绞车钢丝绳预紧风筒吊挂装置的结构与工作原理,建立风筒吊挂受力数学模型,计算得钢丝绳最小破断拉力F_0为150 k N,安全系数为2.73。考虑防风筒吸瘪、绞车夹绳等关键技术,设计风筒吊挂工艺。现场实验表明,该装置能够适应快速掘进系统,有效改善掘进工作面的通风状况,降低掘进机司机工位处粉尘浓度达50%以上。

浅埋近距离煤层过上覆采空区及煤柱动压防治技术

针对浅埋近距离综采工作面过上覆房采采空区和集中煤柱时易发生动压事故,并导致大面积切顶压架事故的问题,结合石圪台矿31号煤层综采工作面动压防治实践,分析可知采动影响导致上覆采空区集中煤柱失稳引发其上覆基岩关键块突然回转失稳,进而破坏下煤层基岩关键块的铰接结构,使其由回转失稳变为破坏性的滑落失稳,上下基岩层关键块体失稳产生的冲击载荷作用直接导致动压事故。结合顶板运动规律,提出了提前采取爆破集中煤柱、缩短工作面长度等技术,避免了上下煤层基岩失稳冲击叠加,减少了覆岩运动影响范围和程度,并在现场采用微震监测、地面钻孔多点位移计和地表下沉量观测等手段进行指导和验证,有效解决浅埋近距离综采工作面过上覆房采采空区和集中煤柱时易发生动压事故的问题。

采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究

为得到薄基岩厚风积沙地区采场裂隙带发育高度及演化特征,基于采场覆岩'三带'的划分,对薄基岩地区厚风积沙煤层采动过程中裂隙发育特征进行相似材料模拟试验研究,得到开采过程中上覆岩层垮落破坏特征及运移规律,岩层内部压力分布规律,分析采动裂隙带发育高度及存在形态与工作面推进速度的关系。结果表明:补连塔煤矿12406工作面周期来压步距为22.5~30.0 m;上覆岩层的破断角在采空区侧为64°,在煤壁侧为61°;裂隙带高度为157.1 m,为工作面采高的26.18倍;工作面上覆岩层下沉趋势呈非线性曲线,移动形态具有非对称性。

综采高压大流量智能集成供液系统的研制与应用

首先综述了国内外高压大流量乳化液泵站的技术现状,在泵站系统特点、泵站控制方式、压力控制方式、泵站结构特点等方面对国内和国外乳化液泵站的技术特点进行了分析。重点介绍了综采高压大流量智能集成供液系统的大流量泵站、乳化液自动配比、控制系统以及多级过滤系统等组成部分、关键技术创新以及在大柳塔矿千万吨综采工作面的应用情况。

浅埋深煤层房采区下综采工作面动压控制技术

为解决浅埋深煤层房采区下综采工作面受动载矿压影响的问题,以石圪台煤矿31201工作面为研究对象,在现场观测、微震监测及预测预报、矿压预测预报的基础上分析动载矿压事故发生的机理。结果表明:采场上覆采空区及集中煤柱受采动影响导致应力集中是动载矿压事故发生的基本原因,在矿压观测及微震监测的基础上采用钻探的方法探测集中煤柱分布范围,通过采取集中爆破的措施,从而达到上覆岩层阶段释放能量、动压分次化解的目的,该措施的实施确保工作面顺利通过上覆集中煤柱区域,避免综采工作面发生动载矿压事故。

超重型刮板输送机在8m大采高工作面的研发与应用

基于对超大采高工作面工况的分析和研究基础上,确定超重型刮板输送机的基本技术参数,进行校核计算;根据技术发展状况合理选择软启动、中部槽、圆环链的形式;对过渡槽和机尾挡煤板进行优化设计,减少设备维护;改进焊接工艺,提高中部槽结构强度,完成超重型刮板输送机自主研发与制造。全程跟踪中部槽、链轮、链条、哑铃、销轨等关键元部件的使用状况,对使用寿命进行全面评估,验证了设备设计的合理性与使用可靠性。8 m煤层一次全厚度开采的顺利进行,大幅提高了工作面工作效率和资源采出率,为我国中西部厚煤层的安全、高效开采提供了技术支撑与装备保障。

特厚煤层分层综放开采区段小煤柱留设尺寸研究

砚北煤矿5煤为特厚煤层,煤层具有强冲击地压倾向性,为防治工作面两巷掘进时冲击地压现象发生,采用理论计算、数值模拟和现场观测的方法,研究分析工作面、区段护巷小煤柱内应力变化以及采场超前支承压力影响范围。以区段小煤柱变形破坏理论为依据,通过数值模拟分析了4种不同宽度煤柱的塑性区变化范围,最终得出适合砚北矿条件的合理区段煤柱宽度。

线性支架旺采工艺在榆家梁煤矿的应用

为提高旺采工艺的采出率,榆家梁煤矿引进美国飞尔奇线性支架、采用全部垮落法旺采工艺在旺采五区采取分区段试采,区段间留设隔离煤柱,并在第四区段对支架的布置、回采顺序进行了优化,区段内支巷分组实行条带式回采,根据旺采五区回采经验,旺采六区对巷道布置又进行了优化,采取区段内不留隔离煤柱、采区两翼支巷分组实行条带式回采,旺采六区在可采面积较小情况下采出率仍达到79.3%,如果采区面积增大,运输能力提高,条带式采出率及回采效率都将大幅提高。结果表明线性支架旺采工艺在榆家梁煤矿已渐趋成熟,并可以在神东矿区推广使用。

瓦斯涌出量预测方法及实践应用

针对矿井瓦斯地质图编制过程中常用的瓦斯涌出量预测方法,结合贵州省六枝特区青菜塘煤矿瓦斯预测工作的实际状况,对瓦斯涌出量预测方法及实践应用进行了分析比较。对于地质条件相对简单的矿井,矿山统计法预测结果与井下实际瓦斯涌出量差距就比较小,可以更好地指导矿井的安全生产,防止重大瓦斯灾害的发生。

保德煤矿81305工作面瓦斯浓度影响因素分析

为有效防治高瓦斯矿井高产高效工作面及上隅角瓦斯浓度超限,研究了工作面及上隅角瓦斯浓度影响因素及其影响特征。以保德煤矿81305工作面为研究对象,通过理论分析、现场实测等研究方法,研究了工作面日产量和风量、大气压变化、抽采支管数目、煤机上行位置等对工作面及上隅角瓦斯浓度的影响,并从理论上分析了其影响机制。